Астрономія
Астрономія

Чорну діру у карликовій галактиці запідозрили у сприянні зореутворенню

Парі американських астрономів вдалося зафіксувати ниткоподібну структуру з іонізованого газу, яка поєднує чорну діру карликової галактики Henize 2–10 з областю, де нещодавно активно народжувалися зорі. На думку вчених, цей потік з чорної діри міг запустити процес зореутворення у Henize 2–10, а не, як ми звикли вважати, придушити його. Як чорна діра може створювати зорі замість того, щоб поглинати їх, дослідники описали у статті, опублікованій в Nature.

Оптичне зображення Henize 2–10 з «Габбла». Zachary Schutte, Amy Reines / Nature, 2022

Оптичне зображення Henize 2–10 з «Габбла». Zachary Schutte, Amy Reines / Nature, 2022

Як себе почувають зорі поруч з чорними дірами?

Вважається, що у центрі кожної великої галактики, у тому числі і нашого Чумацького Шляху, знаходиться по надмасивній чорній дірі з масою понад мільйон сонячних. І хоча поки єдиного сценарію появи таких масивних об'єктів у галактиках немає, астрономи спостерігають за ними через гамма-, рентгенівське та радіовипромінення, поки чорні діри, наприклад, витягують матеріал зі свого світила-компаньона.

Для цього зірці достатньо потрапити на орбіту, що перетинає припливний радіус чорної діри, де вже припливні сили зруйнують зірку. Ми навіть розповідали про чорну діру, яка «обідає» зіркою поруч кожні 114 днів, бо у зорі виявилася надто еліптична орбіта і тому вона встигала тікати до того, як повністю зруйнується.

Однак зорям чорні діри заважають не лише тим, що безпосередньо їх руйнують, а і тим, що придушують саме народження. Оскільки активні чорні діри набирають собі маси шляхом акреції газу зі своєї батьківської галактики, частина цієї матерії навколо чорної діри може перенаправлятися назовні назад у балдж. І навіть попри те, що чорній дірі не зрівнятися в розмірах з галактичними балджами (це як монетку порівняти із Землею), ці викиди можуть зносити газ з областей зореутворення балджа тим самим уповільнюючи або навіть припиняючи там процеси народження зірок.

І Закері Шатте (Zachary Schutte) і Емі Рейнс (Amy E. Reines) з Університету Монтани, що у США, відшукали у карликовій галактиці Henize 2–10 подібний такому потік, який може виходити з чорної діри у центрі та який виявився пов'язаним з областю, де нещодавно відбувалося зореутворення.

Що побачили вчені?

Henize 2-10 — це карликова галактика на відстані у 34 мільйони світлових років від нас зі спалахом зореутворення (starburst galaxy), яка займає астрономів питанням — чи є у її центрі чорна діра. Тим паче, що Henize 2-10 у багато чому схожа на галактики раннього Всесвіту, тому якщо у ній одночасно з зореутворенням росте чорна діра, це допоможе розібратися з еволюцією цих масивних об'єктів.

На чорну діру з масою приблизно у мільйон сонячних у центрі Henize 2–10, яка до того ж активно акреціює галактичний матеріал, вказують дані «Габбла», «Чандри» та обсерваторії VLA. Завдяки їм астрономи відшукали компактне джерело радіовипромінювання, яке збігається з джерелом жорсткого рентгенівського випромінювання і вказує на активну масивну чорну діру. Втім, цей висновок ставлять під сумнів спостереження за галактикою, наприклад, за допомогою спектрографа MUSE з комплексу Дуже великого телескопа, які дають змогу інтерпретувати дані не як активну чорну діру, а як залишок наднової.

Необроблені 2D-спектри, що показують лінію випромінювання атомарного кисню у місці розташування чорної діри. Zachary Schutte, Amy Reines / Nature, 2022

Необроблені 2D-спектри, що показують лінію випромінювання атомарного кисню у місці розташування чорної діри. Zachary Schutte, Amy Reines / Nature, 2022

Автори цієї роботи спостерігали за Henize 2–10 в оптичному діапазоні за допомогою телескопа «Габбл» і його спектрографа STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph). Так вони отримали дані з вищою кутовою роздільною здатністю, ніж вченим вдавалося раніше. На потужне джерело іонізуючого випромінювання, яке можна пов'язати з активністю центральної чорної діри, вказують зокрема емісійні лінії атомарного та двічі іонізованого кисню. Їхня ширина узгоджується з низькошвидкісними потоками, які можуть виходити з чорної діри, для залишку ж наднової вони занадто слабкі.

Важливо зазначити, що у підсумковій версії публікації автори додали обговорення, де відповідали на зауваження рецензентів. Зокрема наводили порівняння своїх даних з даними, отриманими в інших дослідженнях випромінювання у Henize 2–10. Рецензенти статті зазначали, що профіль емісійної лінії атомарного кисню дуже складний та потребує додаткового аналізу, щоб стати остаточним свідченням наявності у Henize 2–10 масивної чорної діри, а не залишку наднової. У результаті автори опублікували доповнену версію статті, однак один з рецензентів залишився при своїх сумнівах щодо походження цієї лінії у спектрі і не вважає наведені дані достатніми для інтерпретації їх як свідчення чорної діри.

Як чорна діра може посприяти зореутворенню?

Окрім цього, завдяки «Габблу» астрономам вдалося зафіксувати ниткоподібну структуру з іонізованого газу, яка простягається на 150 парсеків і поєднує чорну діру Henize 2–10 з яскравим згустком іонізованого газу, пов'язаним з нещодавнім процесом зореутворенням — поруч знаходяться молоді зоряні скупчення віком у чотири мільйони років.

І на думку дослідників, саме потік з чорної діри міг спровокувати у цій області зореутворення — на це вказує морфологія скупчення газу. Потік з чорної діри поширюється неоднорідним міжзоряним середовищем, але замість того, щоб нагрівати і витісняти необхідний для утворення зірок газ, збурює його, запускаючи формування зірок. Концепція такого «спровокованого» процесу зіркоутворення не нова, однак у більшості своїй вона стосується, наприклад, злиттів галактик, спалахів наднових тощо.

Таким чином, як зазначив один з рецензентів роботи, авторам «дійсно вдалося отримати цікавий та свого роду унікальний результат», який вказує, що Henize 2–10 може стати першою спостережуваною галактикою на ранньому етапі еволюції з молодою чорною дірою, темпи зореутворення у якій майже вдесятеро перевищують такі у карликовій галактиці-супутнику нашої, Великій Магеллановій хмарі.

Звісно, частіше ми розповідали, як чорні діри руйнують зірки — наприклад, як чорна діра з масою близько мільйона сонячних мас зруйнувала сонцеподібну зірку, або як чорна діра «поїдає» зірку кожні 114 днів. А більше про ці об'єкти загалом можна дізнатися у нашому великому матеріалі «Що таке чорна діра?».


Фото в анонсі: Zachary Schutte, Amy Reines / Nature, 2022